Постоянный ток в светодиодных модулях

Постоянный ток в светодиодных модулях

• О компании
• Каталог
• Интернет-магазин
• Производители
• Статьи и обзоры
• Новости
• Карьера
• Контакты

Оригинал статьи можно прочесть здесь

Разработка системы питания светодиодным освещением

Обычно питание светодиодных модулей выполняется при помощи одного из следующих способов:
— LED драйвер постоянного тока (CC) подключается непосредственно к одному или нескольким светодиодам, яркость при этом контролируется выходным током светодиодного драйвера.
— Источник питания постоянного напряжения (CV), обычно 12 В или 24 В, подключается к светодиодным полоскам или трубкам, которые имеют резистор или простую схему ограничения тока на светодиодной печатной плате. Резистор или ограничитель тока определяет ток и яркость.
— Напряжение, полученное в результате каскадного подключения сетевого источника питания постоянного напряжения (CV) и DC-DC преобразователя поступает на вход светодиодной платы. Выходной ток управляется только DC-DC преобразователем.
Для первых двух способов источники питания подключаются к светодиоду без активного преобразования между ними. Выбор источника питания относительно прост, необходимо выбрать либо правильный ток, либо правильное напряжение. Третий способ питания включает в себя активный DC-DC преобразователь между входным источником питания и светодиодной структурой, что может привести к определенным проблемам совместимости. Ниже мы рассмотрим рабочую схему с использованием DC-DC преобразователя и потенциальные проблемы в случае выбора источника питания с неподходящими характеристиками.

DC—DC Преобразователь

DC-DC преобразователи бывают 3 типов: Бак-конвертор (Buck) — понижающий преобразователь, Буст-конвертор (Boost) — повышающий преобразователь и Бак-Буст преобразователь (Buck-boost) – понижающий и повышающий преобразователь. По большому счету не столь важно какой тип преобразователя используется в конкретной схеме, большинство из них имеют достаточно широкий диапазон входных напряжений. Если входное напряжение находится в допустимом диапазоне, то DC-DC преобразователь будет конвертировать входную мощность в требуемые выходные напряжения и/или ток нагрузки. Если нагрузка имеет фиксированные параметры, то входная мощность также будет постоянной. Поскольку мощность остается постоянной, в случае если входное напряжение увеличится, входной ток пропорционально уменьшится и наоборот. Формула преобразования мощности указана ниже

Потенциальные проблемы между источником постоянного напряжения и DC—DC преобразователем

Готовые светодиодные трубки постоянного тока или прожекторы обычно уже имеют встроенные преобразователи напряжения. Пример светильников со встроенными DC-DC преобразователями напряжения приведен на Рисунке 1. В руководстве по эксплуатации этих изделий обычно указывается только фиксированное входное напряжение, например, «питание от постоянного напряжения 24 В». При подаче этого напряжения на светильник он, безусловно, будет работать. Однако фактический рабочий диапазон может быть гораздо шире, а минимальное напряжение ниже этого номинального входного напряжения из-за используемого внутри преобразователя постоянного тока.

52 В постоянного тока, а выходной диапазон, который связан с прямым напряжением светодиода, составляет 9

56 В постоянного тока. Поскольку это понижающий преобразователь, входное напряжение должно быть на 3 в выше выходного напряжения в соответствии со спецификацией. Это означает, что если напряжение падения на светодиоде равно 9 В, то LDD-350H может работать при любом входном напряжении между 12

56 В постоянного тока. На лампа с таким светодиодом и встроенным драйвером вполне может быть указано входное напряжение как «вход 24VDC», поскольку источник питания 24 В обычно доступен на рынке.

При недостаточной информации системный интегратор может не заметить потенциальную проблему совместимости, которая может привести к таким сбоям как мигание, более темный световой поток или просто отсутствие света вообще. Эта проблема связана с переходными процессами при включении питания и поведением первого источника AC-DC. Более детально эти аспекты описаны ниже.

Ситуация 1:
Источник питания со стабилизацией по напряжению, имеющий недостаточный ток при низком выходном напряжении

Типичное подключение проиллюстрировано на Рисунке 3. Каждый LDD-1000H подключен к светодиодам и представляющим собой одну светодиодную трубку. Предположим, что каждый канал светодиодов потребляет 9В 1А, 30 таких светодиодных трубок потребляют 270 Вт. Если на трубках указан вход 24В, то в этом случае мы могли бы выбрать, например, драйвер HLG-320H-24 от Mean well

Согласно документации, максимальная выходная мощность HLG-320H-24 составляет 320,16 Вт, а номинальный выходной ток 13,34 А. Казалось бы, использование HLG-320H-24 на системе 24 В / 270 Вт является правильным выбором и даже имеет разумный запас. Однако в реальности LDD-1000H начнет запускаться, когда входное напряжение на его входе превысит 12 В. Если первый источник питания имеет относительно медленное время нарастания напряжения по сравнению со временем запуска преобразователя постоянного тока, DC-DC преобразователь может уже полностью включиться и начать выдавать полную выходную мощность до того, как выходное напряжение первого источника питания поднимется до нужного уровня. В таком состоянии, поскольку входное напряжение стабилизатора тока низкое, а он пытается все же обеспечить полную мощность своей нагрузки, то DC-DC будет потреблять более высокий, чем ожидалось, входной ток, и в конечном итоге допустимый предел выходного тока HLG-320H-24 будет превышен. В этом случае первый источник перезапускается, в результате лампа либо светит не на полную мощность, либо мигает, либо просто не включается. Расчет входного тока в зависимости от входного напряжения показан ниже:

• Входной ток DC-DC преобразователя при напряжении 24 В

270 Вт=24 В ×11,25 A

• Входной ток DC-DC преобразователя при напряжение 12 В

270 Вт=12 В ×22,5 A

*Не учитывая потери преобразования, DC-DC преобразователь потребляет в два раза больший ток, в случае если входное напряжение снижено вдвое (см. Рисунок 4).

Ситуация 2:
Источник стабилизированного напряжение не работает в рабочем режиме

На Рисунке 6 показан другой пример с использованием LDD-1000Н, в этом примере светильник работает при напряжение 6 В при токе потребления 20А. Поскольку LDD-1000Н — это понижающий преобразователь, он начнет работать с входным напряжением уже от 6В до 9В. Опять же, если DC-DC преобразовывает полную мощность быстрее, чем первый источник постоянного напряжения сможет обеспечить номинальное выходное напряжение на выходе, то DC-DC преобразователь будет стараться запуститься в режиме низкого входного напряжения и потреблять более высокий ток от источника питания. В приведенном ниже примере, если DC-DC начнет работать при достижении входного напряжение уровня 9В, входной ток достигнет точки защиты HLG-320H-24 по току. В таком состоянии блок питания перестанет поднимать свое выходное напряжение и останется в режиме постоянного выходного тока. Существует вероятность того, что источник питания и преобразователь постоянного тока могут быть стабилизированы в этом ненормальном, но стабильном состоянии. Однако для HLG-320H-24 область постоянного тока составляет 12

24 В, а 9 В явно ниже этого диапазона, поэтому источник питания войдет в режим работы «hiccup» (икота). Возможно после нескольких циклов, источник питания может наконец войти в рабочий диапазон, и лампа в конце концов будет включена нормально.

Из эти двух примеров мы можем сказать, что проблемы запуска при совместной работе двух источников связаны с фактическим рабочим диапазоном DC-DC преобразователя. При низком пусковом напряжении DC-DC преобразователя первый источник питания может не работать так, как от него ожидается и, таким образом, создавать различные проблемы при запуске.

Решение проблемы запуска

Если лампы имеют проблемы аналогичные описанным выше, предлагается применить несколько решений:

— Выбрать DC—DC преобразователь с мягким стартом или с функцией задержки запуска

DC-DC преобразователь с мягким стартом после включения постепенно увеличивает выходную мощность до номинального уровня. Это помогает уменьшить пусковой ток DC-DC преобразователя и предотвратит соответствующие проблемы запуска первого источника питания. Задержки запуска при этом нет, но, поскольку номинальная мощность начинает потребляться уже после того, как первый источник способен выдавать номинальное выходное напряжение, это также позволяет предотвратить проблемы, связанные с несогласованным временем запуска источников питания.

— Использование диммирующей функции или входа дистанционного отключения DC—DC преобразователя, если они предусмотрены

Включение преобразователя при помощи входа дистанционного отключения или функции «dim off»(функциональность, которая позволяет диммировать преобразователь до минимального значения) только после того, как первый источник питания успешно запустился, также поможет предотвратить проблемы, связанные с несогласованным временем запуска первого и второго преобразователей напряжения. Обычно светодиод питания на сетевом источнике зажигается менее чем за 0,5 секунд. Ручное или автоматическое включение с задержкой в 0,5 секунд второго DC-DC преобразователя также поможет решить проблемы запуска.

— Увеличение мощности первого источника питания постоянного напряжения

Чем выше выходной ток первого источника, тем меньше проблем будет при запуске системы. Для увеличения выходного тока достаточно просто взять более мощный преобразователь, например, вместо HLG-320H-24 использовать HLG-480H-24, или использовать источник питания той же мощности, но с меньшим выходным напряжением, например, вместо HLG-320H-24 (13.34A) следует использовать HLG-320H-12 (22A). Т.е. если выходное напряжение первого источника соответствует диапазону входных напряжение второго DC-DC, то такой первый источник питания также может быть использован.

— Обратиться в MEAN WELL и запросить адаптированное к требованиям заказчика решение
Некоторые источники питания могут обеспечивать более высокую пиковую мощность, и некоторые источники питания могут быть модифицированы таким образом, что защита от перегрузки по току будет более сбалансированной к требованиям заказчика. После включения питания средняя мощность при этом будет оставаться в пределах номинальной мощности источника питания.

Резюме

Проблема совместимости тесно связана с системными требованиями и условиями. Если имеются проблемы при включении светодиодной лампы, рекомендуется проверить входные параметры DC-DC преобразователя и проконсультироваться со специалистами MEAN WELL для обсуждения возможных решений проблемы. Компания MEAN WELL имеет широкий выбор источников питания для светодиодного освещения в диапазоне мощности от 8 Вт до 1000 Вт. При использовании системного решения с этими источниками может быть достигнута мощность 25 000 Вт и выше. В независимости, используется ли одиночная светодиодная лампа или каскад, при помощи компонентов MEAN WELL можно построить правильную конфигурацию системы, которая будет работать безупречно.

Статьи

Обычно выбор светодиодного драйвера не представляет особой проблемы для разработчиков. Впрочем, есть определенные нюансы, о которых следует помнить во избежание некорректной работы светодиодных систем.
Питание светодиодных модулей строится по одной из трех приведенных ниже схем:
• Светодиодный драйвер стабилизированного тока (СС) подключается к светодиодам непосредственно, управление яркостью осуществляется выходным током светодиодного драйвера.
• Светодиодный источник питания со стабилизированным по напряжению выходом (CV), типично 12 или 24 В, подключается к светодиодным лентам, которые имеют резистор или простую схему ограничения тока. Резистор или схема определяют ток и, соответственно, яркость.
• Каскадное подключение источника питания со стабилизированным по напряжению выходом (CV) и DC/DC- преобразователя. Выходным током, который подается на светодиодную плату, управляет только преобразователь постоянного тока DC/DC.
В первых двух схемах между источником питания и светодиодами нет никаких активных компонентов. Выбор источника питания в этих случаях сравнительно простой и сводится к выбору соответствующих номиналов тока или напряжения. Третий случай включает активный компонент между светодиодами и сетевым преобразователем и связанную с этим потенциальную проблему совместимости. В чем может заключаться проблема?

DC/DC-преобразователи

Преобразователи постоянного тока бывают трех типов: понижающие (Buck), повышающие (Boost) и понижающе-повышающие (Buck-boost). Независимо от типа большинство из них имеют широкий рабочий диапазон входных напряжений. В рамках этого входного диапазона DC/DC-преобразователь будет конвертировать выходную мощность в исходную с нужным выходным напряжением и/или током. Если нагрузки фиксированы, входная мощность также будет фиксированной. При фиксированной мощности, при увеличении напряжения на входе входной ток пропорционально уменьшится, и наоборот. Формула преобразования мощности очень проста:

Входная мощность = (Выходное напряжение × Выходной ток) / КПД =

= Входное напряжение ×Входной ток

Проблема совместимости между сетевым источником питания со стабилизированным выходным напряжением (CV) и преобразователем постоянного тока
Светодиодные светильники (магистральные или единичные), которые питаются постоянным током, как правило, уже имеют встроенные DC/DC-преобразователи (рис. 1). В инструкции к ним обычно указывается только фиксированное входное напряжение, например, «вход 24 В постоянного тока». При подаче этого напряжения на светильник он, конечно же, будет работать, однако фактический диапазон рабочих напряжений светильника может быть гораздо шире, а минимальное напряжет значительно меньше номинального. Это значение обусловлено типом встроенного DC/DC-преобразователя.

Рис.1. Трековые светильники со встроенными DC/DC-преобразователями

Для объяснения данного явления возьмем как пример DC/DC-преобразователь серии LDD-350H производства Mean Well (рис. 2). LDD-350H обеспечивает стабилизированный ток 350 мА на выходе. Диапазон входного напряжения преобразователя составляет 9-56 В постоянно тока, а диапазон выходного напряжения, которое подается на светодиод, составляет 2-52 В постоянного тока. Поскольку это понижающий преобразователь, то входное напряжение должно быть на 3V выше исходного в соответствии со спецификацией. То есть для питания светодиода с прямым падением напряжения 9 В LDD-350H может работать на любом из входных напряжений между 12 и 56 В постоянного тока.

Рис.2.Спецификация LDD-H

У светильника с таким встроенным DC/DC-преобразователем, скорее всего, будет в инструкции указанно входное напряжение как «вход 24 В постоянного тока», поскольку источники питания на 24 В обычно доступны на рынке.
Имея недостаточное количество информации, инсталлятор системы с подобными светильниками может не заметить потенциальную проблему совместимости и испытать неудачи при запуске, например, пульсацию, недостаточную яркость или даже отсутствие света. Проблема связана с переходными процессами при включении питания и поведением преобразователя постоянного тока. Рассмотрим возможные сценарии:

Сценарий 1. Стабилизированный по входному напряжению сетевой блок питания претерпевает превышение выходного тока при низком выходном напряжении
Типичная схема светодиодной системы показана на рис. 3. Каждый LDD-1000H со светодиодами составляют один светильник. Предположим, светодиоды рассчитаны на питание 9 В/1 А, поэтому 30 таких светильников суммарно потребляют 270 Вт. Если в инструкциях к светильникам указано «вход 24 В», то в этом случае мы могли бы выбрать в качестве сетевого блока питания HLG-320H-24 (производства Mean Well), разве нет?

Рис.3. Питание со стабилизированным напряжением системы из 30 светодиодных светильников

По спецификации максимальная выходная мощность LED-драйвера HLG-320H-24 составляет 320,16 Вт, а номинальный выходной ток — 13,34 А
(рис. 4)

Рис.4. Исходные характеристики AC/DC-преобразователя HLG-320H

Кажется, использование HLG-320H-24 для нашей системы 24 В/270 Вт — это совершенно правильный выбор и даже с умным запасом. Однако реальная ситуация заключается в том, что LDD-1000H начнет работать, когда напряжение не его входе превысит 12 В. Если сетевой источник питания имеет относительно медленное время роста выходного напряжения по сравнению со временем запуска преобразователя постоянного тока, то он войдет в режим полной мощности прежде, чем выходное напряжение AC/DC-преобразователя повысится до нужного уровня. В таком состоянии, — поскольку напряжение на входе DC/DC-преобразователя низкое, но он «пытается» все-таки обеспечить полную мощность для своей нагрузки, — он будет принимать высокий входной ток, чем ожидалось, который, в конце концов, может превысить границу, заданную в спецификации HLG-320H-24 (рис. 5). Это приведет к срабатыванию защиты и перезагрузке AC/DC-преобразователя. Как результат, светильник будет мигать и не сможет запуститься. Выходной ток АС/ DC-преобразователя зависит от входного напряжения DC/DC-преобразователя:
• Для входного напряжения DC/DC-преобразователя 24 В 270 Вт =
= 24 В×11,25 А;
• Для входного напряжения DC/DC-преобразователя 12 В 270 Вт =
= 12 В × 22,5 А.

Рис.5. Сравнение входного напряжения и тока DC/DC-преобразователя при постоянной мощности

То есть, пренебрегая нелинейными потерями, DC/DC-преобразователь нуждается вдвое большем токе при вдвое уменьшенном входном напряжении.

Сценарий 2. Источник питания стабилизированного выходного напряжения не может выйти в рабочий режим

На рис. 6 показан еще один возможный сценарий с LDD-1000H. Напряжение на выходе HLG-320H растет и достигает 9 В. На выходе понижающего DC/DC-преобразователя напряжение питания светодиодов уже достигло 6 В (на 3 В меньше входа), а общий выходной ток всей системы — 20 А. В этот момент суммарная мощность достигает 120 Вт (рис. 7). При такой мощности на входе HLG-320H (не считая расчета КПД) ток составит 13,34 А. Дальнейшая работа в режиме низкого напряжения приведет к превышению уставки срабатывания защиты AC/DC-преобразователя, как в предыдущем сценарии. Впрочем, в этой точке возможен интересный эффект.

Рис.6. Если DC/DC-преобразователь увеличивает мощность до достижения 9 В, HLG-320H перейдет в режим «икоты» из-за низкого выходного напряжения

Рис.7. Рабочий режим HLG-320H-24 и LDD-1000H

Достигнув предела по выходному току, сетевой источник питания перестанет повышать свое выходное напряжение и будет оставаться в режиме стабилизи­рованного выходного тока. Есть вероят­ность, что источник питания и преоб­разователь постоянного тока могут быть сбалансированы в этом ненормальном, но стабильном состоянии. Впрочем, для HLG-320H-24 область напряжения, в ко­торой происходит стабилизация по току, составляет 12-24 В, а 9 В, очевидно, ниже этого диапазона. Поэтому AC/DC- преобразователь, скорее всего, перейдет в режим hiccup («икоты»). Вероятно, после нескольких всплесков выходного напряжения источник питания наконец войдет в трудоспособный диапазон, и в конечном итоге светильники вклю­чатся нормально. Исходя из двух приведенных при­меров можно сказать, что проблемы, связанные с запуском системы с DC/DC- преобразователем, в основном связаны с его фактическим рабочим диапазоном. При низкой скорости нарастания на­пряжения на выходе сетевого источника питания именно оно может не выйти в ожидаемый режим и, таким образом, создавать различные проблемы с за­пуском.

Решение проблемы

Если у осветительной системы возникли проблемы с запуском, подобные приведенным выше, имеет смысл рассмотреть несколько предложений:

Выбор DC/DC-преобразователя с функцией мягкого старта или с задержкой старта. После включения DC/DC-преобразователь с плавным стартом постепенно увеличивает свою выходную мощность до нужного уровня. Это помогает уменьшить пусковой ток и предотвратить выход из строя сетевого источника питания во время запуска. Запуск с задержкой не снижает пусковой ток, но подключает нагрузки, только когда напряжение питания достигло нужного уровня.

Функции управления яркостью (димминг) или дистанционного включения DC/DC-преобразователя, если они предусмотрены (рис. 8). Постепенное увеличение яркости (мощности) или включение после того, как сетевой блок питания достиг нужного уровня выходного напряжения, позволят избежать проблемы запуска. Обычно задержка при запуске LED-драйвера не превышает 0,5с при 230 В переменного тока. Поэтому включение DC/DC- преобразователя на 0,5с позже вполне решает проблему.

Увеличение номинального выходного тока AC/DC-преобразователя. С увеличением этого показателя уменьшается вероятность возникновения проблем при запуске. Чтобы увеличить выходной ток, можно просто выбрать LED-драйвер с большей мощностью. Например, заменив в проекте HLG-320H-24 на HLG- 480Н-24. Или выбрать LED-драйвер той же мощности, но с меньшим номиналом выходного напряжения. В частности, вместо HLG-320H-24 (13,34 А) выбрать HLG-320H-12 (22 А), конечно, если выбранное напряжение находится в рабочем диапазоне DC/DC-преобразователя.

Можно также обратиться в компанию Mean Well, чтобы получить собственные решения. Конечно, если речь идет о масштабных проектах. Некоторые источники питания могут выдерживать высокую пиковую мощность, другие имеют более сбалансированные характеристики. В любом случае номинал избранного LED-драйвера не должен значительно превышать среднюю мощность системы.

Рис.8. Функции дистанционного управления или DIM Off преобразователя постоянного тока

Вопрос совместимости в значительной степени связан с условиями работы системы. Если возникает проблема запуска светодиодных светильников, рекомендуется проверить спецификации светодиодов и DC/DC-преобразователя. Неплохо и проконсультироваться с экспертами Mean Well и прислушиваться к предложениям. Mean Well имеет полный спектр светодиодных источников питания номиналом 8-1000 Вт — с их помощью достижимы проекты общей мощностью 25000 Вт и выше. Независимо от того, идет речь об отдельном светодиодном светильнике или о масштабной системе светодиодного освещения (например, освещение теплиц), Mean Well имеет решение для всех случаев.

Источник
Журнал «Полупроводниковая светотехника» 4/2020
© «LEDPROM», 2020

Для светодиодных модулей

Источники питания с работой от сети переменного напряжения:

Функциональное назначение:
Предназначены для питания светодиодных модулей от сети переменного напряжения 220 В, 50 Гц стабилизированным током. Светодиодные модули разработаны нашей компанией и представлены в разделе «Светодиодные модули». Данные источники питания нашли применение и используются в светильниках на транспорте. Конструктивно выполнены в металлическом корпусе с лакокрасочным покрытием, с отверстиями для винтового крепления. При работе предполагают пассивное охлаждение за счет естественной конвекции.

Технические характеристики:
Диапазон рабочих температур окружающей среды от –40 0 С до + 60 0 С. Рабочее положение любое. Допускают внешние воздействия по классу IP20. Электрическая прочность изоляции 2,0 кВ частотой 50 Гц между выводами «Вход» и «Выход». Габаритные и посадочные размеры приведены в приложении. Срок службы 50000 часов. Гарантия 24 месяца.

Габаритные и посадочные размеры приведены в приложении.

Источники питания с работой от сети постоянного напряжения:

• 1П3А62-110
• 2П2А62-110
• 3П4А62-110
• 1П6А64-110-1
• 1П9А64-110-(2)
• 1П15А64-50(110)
• 2П18А64-110
• 3П27А64-110
• 3П20А60-50(110)-001
• СБП30/80-01

Функциональное назначение:
Предназначены для питания светодиодных изделий: светодиодных ламп, модулей, лент. Мощность светодиодной нагрузки различная. Питание осуществляется от сети постоянного напряжения 50 В или 110 В стабилизированным током. Источники питания интегрируются в системы управления освещением и используются в светильниках промышленного назначения и на транспорте. Выполнены в корпусе с отверстиями для винтового крепления. Корпус имеет защитно-декоративное покрытие и может быть выполнен по требованию заказчика. При работе предполагают пассивное охлаждение за счет естественной конвекции.

Технические характеристики:
Диапазон рабочих температур окружающей среды от –40 0 С до + 60 0 С. Рабочее положение любое. Допускают внешние воздействия по классу IP20. Электрическая прочность изоляции 2,0 кВ частотой 50 Гц между выводами «Вход» и «Выход». Габаритные и посадочные размеры приведены в приложении. Срок службы 50000 часов. Гарантия 24 месяца.

Габаритные и посадочные размеры приведены в приложении.

Источники питания с работой от сети переменного и постоянного напряжения:

• СБП10/2-220/110-1
• СБП-10-220/110Т
• СБП25/3-220/110

Функциональное назначение:
Предназначены для питания светодиодных модулей от сети переменного напряжения 220 В, 50 Гц стабилизированным током. Также предусмотрен дежурный режим работы от сети постоянного тока напряжением 110 В. Светодиодные модули разработаны нашей компанией и представлены в разделе «Светодиодные модули». Данные источники питания нашли применение и используются в светильниках на транспорте. Конструктивно выполнены в металлическом корпусе с лакокрасочным покрытием, с отверстиями для винтового крепления. При работе предполагают пассивное охлаждение за счет естественной конвекции.

Технические характеристики:
Диапазон рабочих температур окружающей среды от –40 0 С до + 60 0 С. Рабочее положение любое. Допускают внешние воздействия по классу IP20. Электрическая прочность изоляции 2,0 кВ частотой 50 Гц между выводами «Вход» и «Выход». Габаритные и посадочные размеры приведены в приложении. Срок службы 50000 часов. Гарантия 24 месяца.

Габаритные и посадочные размеры приведены в приложении.

Источники питания с работой от сети постоянного напряжения (предусмотрен аварийный режим)

• СБП20/2-24-1
• СБП-35/2-110

Функциональное назначение:
Предназначены для питания светодиодных модулей от сети постоянного напряжения стабилизированным током. Также предусмотрен аварийный режим работы. Блоки обеспечивают два режима: основной – режим полной яркости нагрузки и аварийный – режим пониженной яркости. В качестве нагрузки применяются цепочки n-последовательно соединенных светодиодов с номинальным током 0,35 А в световые модули. Данные источники питания нашли применение и используются в светильниках на транспорте. Конструктивно выполнены в металлическом корпусе с лакокрасочным покрытием, с отверстиями для винтового крепления. При работе предполагают пассивное охлаждение за счет естественной конвекции.

Технические характеристики:
Диапазон рабочих температур окружающей среды от –40 0 С до + 60 0 С. Рабочее положение любое. Допускают внешние воздействия по классу IP20. Электрическая прочность изоляции 2,0 кВ частотой 50 Гц между выводами «Вход» и «Выход». Габаритные и посадочные размеры приведены в приложении. Срок службы 50000 часов. Гарантия 24 месяца.

Габаритные и посадочные размеры приведены в приложении.

Консультации по техническим характеристикам и особенностям применения источников питания производства ООО «ЭЛКОМС» можно получить по телефону +7 (495) 686-74-88

Информацию о способах заказа, условиях поставки смотрите в разделе «СПОСОБЫ ЗАКАЗА».

Принцип работы источников питания

Почти полуторавековая «эра» применения ламп накаливания в настоящее время подходит к концу. На смену им на короткое время сначала пришли энергосберегающие люминесцентные лампы, а в последнее время все более прочные позиции занимают светодиодные светильники.

К сожалению, принципы питания электрических ламп накаливания настолько укоренились в массовом сознании, что механически переносятся и на светодиодные светильники. Однако, если лампу накаливания достаточно подключить к соответствующему напряжению, неважно, переменного или постоянного тока, чтобы она светила, то светодиодам требуются источники питания с особыми характеристиками, которые мы сейчас и рассмотрим.

Светодиод представляет собой полупроводниковый кристалл, состоящий из двух зон, одна из которых содержит свободные электроны, а другая — «дырки». Свечение возникает при рекомбинации электронов и «дырок» в области перехода между этими двумя зонами. Яркость свечения в первом приближении пропорциональна силе протекающего через него тока.

А как же быть с напряжением? Ведь лампы накаливания способны светить при самых разных величинах питающего напряжения — от долей вольта до нескольких тысяч вольт, лишь бы сопротивление спирали соответствовало нужному значению в соответствии с законом Ома. Оказывается, никак! P-N-переход — структура, обладающая фиксированным порогом, при котором возникает излучение света и зависящем только от материала кристалла и технологии его изготовления. Для светодиодов разного цвета он составляет от 1,6 В (инфракрасные и красные) до 4,4 В (ультрафиолетовые) — Рис. 1. Зависимость падения напряжения на P-N-переходе светодиодов разного цвета от силы протекающего через них тока

Наиболее часто применяемые для освещения белые светодиоды (на самом деле они либо синие, либо ультрафиолетовые, покрытые люминофором, переизлучающим свет в видимом диапазоне), имеют падение на P-N-переходе порядка 3…3,3 В. Таким образом, светодиоды, в принципе, являются низковольными источниками света, к тому же требующими для своего питания постоянный ток. К относительно высокому напряжению их можно подключать, лишь соединив несколько светодиодов последовательно в «гирлянду».

Как видно из Рис. 1, пока напряжение через P-N-переход светодиода не достигло порога открывания, ток через него практически не протекает и свет не излучается вообще! Как только переход открылся и через него начал протекать ток, начинается свечение. При этом минимальное приращение напряжения на P-N-переходе ведет к драматическому повышению тока через него (линия вольт-амперной характеристики идет почти вертикально). Если же при этом учесть, что протекание тока через светодиод вызывает его нагрев, при котором падение напряжения на P-N-переходе снижается, то очевидно, что при питании светодиодов стабильным напряжением ток через них будет все время возрастать, пока выделяющееся на кристалле тепло не превысит максимально допустимое значение и он не разрушится от теплового пробоя. Особенно критичен данный эффект для мощных светодиодов (0,5…1…2…5 Вт), которые по определению выделяют достаточно много тепла.

Поэтому светодиоды следует питать не стабильным напряжением, а стабильным током! А падение напряжения на P-N-переходе будет таким, какое уж получится при данном токе и температуре кристалла. Таким образом, источники питания для светодиодов (их еще называют «драйверами», т.е. «водителями») являются стабилизаторами тока.

Поскольку мы здесь рассматриваем только сетевые источники питания, то опустим особенности конструкции низковольтных светодиодных лент и светодиодных фонариков.

По принципу стабилизации выходного тока светодиодные драйверы, питающиеся от сети переменного тока напряжением 230 В (с 2014 г. действует ГОСТ 32144-2013, в котором это напряжение задекларировано вместо привычных 220 В), можно подразделить:

— на базе реактивного сопротивления балластного конденсатора
— на базе импульсных преобразователей входного переменного напряжения в постоянный выходной ток

Конденсаторный драйвер является самым простым по конструкции, но в то же время и с самыми отвратительными характеристиками излучаемого света. Поскольку на частоте 50 Гц через балластный конденсатор протекает примерно 70 мА тока на каждую микрофараду емкости, то очевидно, что для питания даже одноваттных светодиодов током до 350 мА, потребуется емкость порядка 4…5 мкФ. Габариты такого конденсатора будут чрезмерно большими, а пульсации яркости светильника с таким драйвером — неприемлемо высокими.

Рис. 2 Пульсации яркости светодиодной лампы с конденсаторным драйвером, фиксируемые камерой смартфона (горизонтальные чередующиеся темные и светлые полосы)

У конденсаторных драйверов есть еще оно крайне неприятное свойство. При подаче питания на пике синусоиды сетевого напряжения импульс тока через конденсатор намного превышает допустимый для светодиодов, вызывая их электрический пробой.

На Рис. 3 приведены фото двух светодиодных ламп. Слева — с конденсаторным драйвером и справа – с полупроводниковым преобразователем. Как видно, пульсации яркости левой лампы с частотой сети не позволяют отнести ее к категории полезных для глаз.

Таким образом, задачей драйвера, предназначенного для питания светодиодных светильников, является формирование стабильного тока через них, при напряжении, соответствующем текущему падению на цепочке светодиодов.

По принципу связи с питающим сетевым напряжением транзисторные драйверы можно подразделить на изолированные, в которых выходные клеммы подачи напряжения на светодиоды (т.н. «холодная» часть), никак не связаны гальванически со входными цепями («горячая» часть) и неизолированные, в которых выходные клеммы тоже «горячие», т.е. гальванически соединены со входными. Драйверы первого типа предназначены для светильников, эксплуатирующихся под открытым небом и подвергающихся всем воздействиям непогоды (сырость, туман, дождь, снег и т.п.), а также в сырых помещениях и в ручных светильниках. Драйверы второго типа можно использовать в стационарных светильниках, размещаемых в помещениях с низкой влажностью, если не предусматривается прикосновения к ним руками. Конечно, и в этих случаях можно использовать драйверы первого типа, если устраивает их цена (первые, как правило, дороже вторых).

Опциональным (необязательным, но весьма желательным) узлом драйверов, а для светильников мощностью 20 Вт и более — обязательным, является корректор коэффициента мощности (ККМ или англоязычный термин —Power Factor Corrector, PFL). Он существенно снижает влияние выпрямителя с емкостным фильтром на форму сетевого напряжения (Рис. 4).

Рис. 4 Искажения формы сетевого напряжения из-за влияния выпрямителя
с емкостным фильтром без корректора коэффициента мощности

Высокопроизводительный ККМ с хорошими параметрами выполняется на специализированных микросхемах. Рекомендуемый иногда (с целью удешевления) пассивный диодно-конденсаторный ККМ (Рис. 5) увеличивает уровень пульсаций выпрямленного сетевого напряжения, а следовательно, пульсаций яркости светильников и для глаз также не полезен.

На входе преобразователя обычно размещается сетевой противопомеховый конденсаторно-дроссельный фильтр (Рис. 6), главной задачей которого является отнюдь не защита самого преобразователя, а наоборот — предотвращение проникновения импульсных помех, формируемых преобразователем, в сеть, поскольку они могут привести к сбоям некоторых электронных устройств (модемы, телефоны и т.п.). В состав ККМ он обычно входит по умолчанию (Рис. 6).

Важным параметром источников питания светодиодных светильников является мощность, которую они могут обеспечить на светодиодах. Не углубляясь в обсуждение принципиальной разницы между вольт-амперами (В˖А) и Ваттами (Вт) и учитывая, что на каждом P-N-переходе падает 3…3,3 В, можно прикинуть, что светодиод мощностью один ватт потребляет ток, равный 0,3…0,35 А. Двухваттный — соответственно, 0,6…0,7 А и т.д. Мощность светодиодов, соединенных последовательно, суммируется, а поскольку на каждом из них падают те же 3…3,3 В, то суммируется и падение напряжения на их цепочке, тогда, как ток через нее остается неизменным, независимо от количества последовательно включенных светодиодов. Указанные токи являются максимально допустимыми при длительной (непрерывной) работе, разогревая кристалл светодиода до достаточно высоких температур. Практически для работы выбирают примерно 80 % от максимального значения допустимого тока. Яркость свечения при этом падает незначительно (практически незаметно для глаз), а вот нагрев — существенно, продлевая срок функционирования светодиодов.

Хотя выше было указано, что выходное напряжение источника питания светодиодных светильников является вторичным и некритичным параметром, вместе с тем, его следует учитывать при выборе драйвера. Если в техническом описании указано, что он способен обеспечить на выходе 15…115 В, то значит, что к такому драйверу можно подключить от 5 до 36 светодиодов, соединенных последовательно в одну цепочку (3…3,3 В ˖ 5…36 = 15…118 В).

Размеры драйвера хоть и являются второстепенным параметром, однако, могут сыграть определенную роль в конструкции светодиодных светильников, обеспечивая их миниатюризацию.

В заключение хотелось бы развеять широко распространенное заблуждение о необходимости защиты выхода светодиодного драйвера от короткого замыкания. Для стабилизаторов напряжения справедлива редакция формулы закона Ома:

где: I — ток нагрузки, U — выходное напряжение, R — сопротивление нагрузки.

При R, стремящемся к бесконечности (отсутствие нагрузки), выходной ток I стремится к нулю независимо от значения выходного напряжения U. И наоборот, при коротком замыкании (К.З.) выхода (R → 0) выходной ток стремится к бесконечности. Естественно, такой аварийной ситуации следует избегать, вводя в схему узел защиты от превышения выходного тока.

Для светодиодных драйверов, являющихся стабилизаторами тока, действует другая редакция формулы закона Ома:

Исходя из нее, видим, что при стремящемся к нулю сопротивлении нагрузки, к нулю стремится и выходное напряжение, независимо от установленного тока. Это значит, что режим К.З. их выхода (в отличие от стабилизаторов напряжения) является штатным. Иными словами, выходной ток больше того, на который настроен драйвер, не будет превышен никогда! А вот обрыв нагрузки, при котором ее сопротивление стремится к бесконечности, ведет к такому же, стремящемуся к бесконечности, росту выходного напряжения. Поскольку идеальных компонентов не бывает, это напряжение «найдет себе дорогу», разрушив (пробив) выходные цепи драйвера (Рис. 7). Поэтому светодиодный драйвер обязательно должен быть защищен от аварийного обрыва нагрузки, который является намного более вероятным, чем К.З.

Рис. 7 Разрушение сетевого драйвера светодиодного светильника
вследствие обрыва цепочки питаемых им светодиодов

Электрооборудование, выполненное непрофессионалами не сможет должным образом обеспечить надёжную работу ваших светодиодных светильников. Покупайте продукцию только у проверенных производителей.